JP2011214100A - 強度および低温靭性と脆性亀裂伝播停止特性に優れた9%Ni鋼およびその製造方法 - Google Patents
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- Heat Treatment Of Steel (AREA)
Abstract
【解決手段】 質量%で、C:0.03〜0.10%、Si:0.02〜0.40%、P:0.005%以下、S:0.005%以下、Mn:0.2〜1.0%、Ni:8.5〜9.5%、Al:0.01〜0.10%を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物からなり、体積%で2.0〜6.0%の残留オーステナイトを含み、鋼板表面から3mmの範囲においては、該鋼板表面に平行な面の{110}集合組織の集積度が1.2以上であり、該鋼板の板厚中心部においては、該鋼板表面に平行な面の{100}および{211}集合組織の集積度がそれぞれ1.2以上3.0以下であることを特徴とする強度および低温靭性と脆性亀裂伝播停止特性に優れた9%Ni鋼。
【選択図】なし
Description
MPa以上)には焼入焼戻法(以下、Q−Tプロセスと呼ぶ)が指定されている。また、ASTM A844では、直接焼入焼戻(以下、DQ−Tプロセスと呼ぶ)が指定されている。
はじめに、本発明の鋼の化学成分を規定した理由を説明する。なお成分%は全て質量%を意味する。また、以下に記した元素以外の残部はFeおよび不可避不純物である。
Cは、強度を付与するのに重要な元素であり、0.03%以上の添加が必要であるが、0.10%を超えて添加すると、低温靭性の低下を招くため、C量は0.03〜0.10%の範囲とする。
Siは、強度向上あるいは脱酸材として添加されるが、多量に添加すると、焼戻し脆化感受性が高まることから、Si量は0.02〜0.40%の範囲とする。
P、Sは、いずれも不純物元素である。健全な母材および溶接継手を得るためには、可能な限り低く抑制するのが好ましい。従って、P量、S量はともに、0.005%以下とする。
Mnは、0.2%未満であると、熱間での延性が低下するため、0.2%以上の添加が必要である。一方、Mnは、強度の向上に寄与する元素であるが、1.0%を超えて添加しても、強度向上代が小さくなるうえ、逆に低温靭性が低下し、焼戻し脆化感受性も高くなることから、Mn量は0.2〜1.0%の範囲とする。
Niは、低温靭性を付与するとともに、残留オーステナイトの安定化に寄与する元素であり、8.5%以上の添加が必要であるが、9.5%を超えて添加しても、その効果が飽和するため、Ni量は8.5〜9.5%の範囲とする。
Alは、脱酸元素として必要であるが、0.01%未満ではその効果が乏しく、一方、0.10%を超えると清浄性を損なうため、Al量は0.01〜0.10%の範囲とする。
Cuは、焼入性向上により強度を得るのに有効な元素であるが、0.5%を超えて添加すると靭性が低下するため、添加する場合は、Cu量は0.5%以下とする。
Moは、焼戻し脆化感受性を抑制するのに有効な元素であり、また、靭性を損なうことなく強度が得られる元素であるが、0.5%を超える添加は、靭性が低下するので、添加する場合は、Mo量は、0.5%以下とする。
CrもMoと同様の効果が得られるが、0.5%を超える添加は、靭性が低下するので、添加する場合は、Cr量は0.5%以下とする。
Nb、Vはいずれも析出強化により強度の向上に有効であるが、両者とも過剰な添加は靭性が低下するので、添加する場合は、Nb量、V量はいずれも0.05%以下とする。
これらの元素は、介在物の形態制御により靭性を向上させる効果を有するが、過剰な添加は清浄性を損なうため、添加する場合は、Ca量は0.007%以下、REM量は0.1%以下、Mg量は0.07%以下とする。
Tiは、母材の機械的特性には特に影響を及ぼさないが、溶接部の靭性を高めることから、添加する場合は、Tiは0.03%以下の範囲で添加してもよい。
鋼板表面から3mmの範囲においては、該鋼板表面に平行な面の{110}集合組織の集積度が1.2以上で、かつ該鋼板の板厚中心部においては、該鋼板表面に平行な面の{100}および{211}集合組織の集積度がそれぞれ1.2以上3.0以下とする
従来のQ−Tプロセスによる鋼では鋼板の板厚方向には集合組織は均一であり、いずれの集積度も1であるが、本発明の鋼板は、鋼板表面から3mmの範囲の該鋼板表面に平行な面の{110}の集積度が1.2以上、該鋼板の板厚中心部の鋼板表面に平行な面の{100}および{211}の集積度がそれぞれ1.2以上あり、このような集合組織とすることにより従来鋼に比べ脆性亀裂伝播停止特性が向上する。好ましくは、鋼板表面から3mmの範囲の鋼板表面に平行な面の{110}の集積度は1.5以上である。しかし、集合組織の著しい発達は低温靭性に悪影響をもたらすため、板厚中心部の鋼板表面に平行な面の{100}および{211}の集積度はそれぞれ3.0以下とする。好ましくは2.5以下である。
残留オーステナイト量:2.0〜6.0%
残留オーステナイトは低温靭性および脆性亀裂伝播停止特性の向上に効果があり、2.0%以上であれば、従来のQ−T材と同等以上の低温靭性および脆性亀裂伝播停止特性が得られる。しかし、残留オーステナイトの析出量が多くなりすぎると強度が低下することから、残留オーステナイト量は2.0%以上、6.0%以下とする。ここで、残留オーステナイトは、−196℃でサブゼロ処理を行った後にX線回折により求めた値である。
製造方法は、所望の鋼板を得るために下記のように規定した。その理由を以下に述べる。
鋼片加熱温度が950℃未満の場合は、鋼片の鋳造段階で析出している粗大なAlNが固溶せず、靭性が低下する。また、添加元素が十分に均一に拡散せず、靭性が低下する。そのほか、以下に述べる圧延条件を実質的に満足できない。一方、1150℃を超える温度で加熱すると、オーステナイト粒が粗大化し靭性が低下する。また、スケールの生成量が増加し、圧延時の疵の発生原因となる。以上の理由から、鋼片加熱温度は950℃以上、1150℃以下とする。
一般に、DQ−Tプロセス適用の利点は、オースフォーム効果を活用できる点にある。すなわち、DQ前の圧延によりオーステナイト粒を微細化するとともに多くの転位を導入することにある。このような、微細な加工オーステナイトからマルテンサイト変態することにより、有効結晶粒径であるパケットが微細なマルテンサイトが得られる。これにより、高強度かつ高靭性が達成されるものと考えられる。圧延による結晶粒径の微細化のためには、少なくとも850℃以下で15〜75%の圧下を加える必要がある。850℃を超える温度域の圧延条件を特に定めないのは、850℃を超える温度域では回復再結晶の進行が早いため、最終組織への影響が小さいためである。
熱間圧延終了温度が、鋼板表面温度で830℃を超えると、集合組織の発達が不十分であり、脆性亀裂伝播停止特性の向上は認められない。一方、650℃未満となると、鋼板中心部の集合組織が著しく発達するため、熱間圧延終了温度は鋼板表面温度で650℃以上、830℃以下、好ましくは800℃以下とする。
鋼板冷却速度が3℃未満では均一なマルテンサイト組織が得られないため鋼板の板厚中心部での冷却速度を3℃/s以上とする。また、250℃を超えた温度で冷却を停止すると、マルテンサイト変態が完了せず、均一なマルテンサイト組織が得られず強度および靭性が低下するため、鋼板板厚中心部温度が250℃以下まで冷却する直接焼入れとする。
直接焼入れ(DQ)後焼戻し処理を行う。焼戻し処理は、Nb、V、Moの2次析出、残留オーステナイトの生成など組織の安定化による強度、靱性の確保を狙ったもので、焼戻し温度が530℃未満ではこれらの焼戻しの効果が十分に得られず、650℃超えでは過度の逆変態が起こり、焼戻し後に多量の焼入れままマルテンサイトや残留オーステナイトが生成するため、所望の強度、靭性が得られない。以上の理由から焼戻し温度範囲は、530℃以上、650℃以下とした。なお、焼戻し温度は鋼板の平均温度である。
Claims (5)
- 質量%で、C:0.03〜0.10%、Si:0.02〜0.40%、P:0.005%以下、S:0.005%以下、Mn:0.2〜1.0%、Ni:8.5〜9.5%、Al:0.01〜0.10%を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物からなり、体積%で2.0〜6.0%の残留オーステナイトを含み、鋼板表面から3mmの範囲においては、該鋼板表面に平行な面の{110}集合組織の集積度が1.2以上であり、該鋼板の板厚中心部においては、該鋼板表面に平行な面の{100}および{211}集合組織の集積度がそれぞれ1.2以上3.0以下であることを特徴とする強度および低温靭性と脆性亀裂伝播停止特性に優れた9%Ni鋼。
- 降伏強度が690MPa以上、引張強さが730MPa以上であることを特徴とする請求項1記載の強度および低温靭性と脆性亀裂伝播停止特性に優れた9%Ni鋼。
- さらに、質量%で、Cu:0.5%以下、Mo:0.5%以下、Nb:0.05%以下、V:0.05%以下、Cr:0.5%以下の中から選ばれる1種または2種以上を含有することを特徴とする請求項1または請求項2記載の強度および低温靭性と脆性亀裂伝播停止特性に優れた9%Ni鋼。
- さらに、質量%で、Ca:0.007%以下、REM:0.1%以下、Mg:0.07%以下、Ti:0.03%以下の中から選ばれる1種または2種以上を含有することを特徴とする請求項1から請求項3のいずれかに記載の強度および低温靭性と脆性亀裂伝播停止特性に優れた9%Ni鋼。
- 請求項1から請求項4のいずれかに記載の成分の鋼片を、950℃以上1150℃以下の温度に加熱し、850℃以下の累積圧下率が15%以上75%以下で、最終圧延終了温度を鋼板表面温度で830℃以下650℃以上とした熱間圧延を行い、鋼板とした後、該鋼板の板厚中心部の冷却速度を3℃/s以上、冷却停止温度を250℃以下とした直接焼入れを行なった後、530℃以上650℃以下の温度に焼戻すことを特徴とする強度および低温靭性と脆性亀裂伝播停止特性に優れた9%Ni鋼の製造方法。
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